Neztrácejte čas s posudky na MSP

Eurokód 1990 uvádí, že mezní stavy, které se týkají:

• funkce konstrukce nebo nosných prvků za běžného užívání;
• pohodlí osob;
• vzhledu stavby;

se musí klasifikovat jako mezní stavy použitelnosti (MSP). Ty zahrnují deformace, vibrace a poškození, která mohou nepříznivě ovlivnit vzhled nebo trvanlivost, např. trhliny.

Jinými slovy, posudky těchto mezních stavů nejsou ovlivněny hodnotou mezní únosnosti jednotlivých prvků konstrukce, ale jde spíše o celkovou trvanlivost konstrukce a také o psychický komfort osob.

Nejjasnější je ukázat si to na příkladu. Kde byste se cítili lépe? V novostavbě s již potrhanými stěnami a prohnutými stropy nebo trámy, přičemž se tento stav může ještě v čase zhoršit? Nebo v budově s pěknými hladkými stěnami, kde si mírného prohnutí podlahy nevšimnete? Jsem si jistý, že si každý vybere druhý příklad. A přesně toto jsou důvody, proč je důležité věnovat posudkům na MSP pozornost.

Všichni však víme, že čas statiků je drahý, a proto chtějí být při navrhování co nejvíce efektivní. Jako řešení jsme vyvinuli nové funkcionality v aplikaci IDEA StatiCa Detail, abychom si byli jistí, že inženýři používající naše nástroje budou mít návrh a posouzení hotové rychle, hospodárně a bezpečně.

Posudek omezení napětí - už ne tak omezující

Jak často jste museli řešit nevyhovující posudky mezního stavu omezení napětí? Musím říci, že v mém případě to bylo mnohokrát. A ve většině z nich jsem věděl, že vzhledem k povaze výsledků mohly být zanedbány.

Jedním z nejtypičtějších problémů jsou špičky napětí - singularity obvykle se vyskytující v ostrých rozích. Pojďme se podívat, co to je a proč je důležité nezaměňovat singularitu s koncentrací napětí.

Na první pohled můžete poznamenat, že mezi příklady na obrázku nevidíte rozdíl. Přesto rozdíly existují a vždy byste si jich měli být vědomi. Protože nakonec celkový návrh vždy záleží na odpovědném inženýrovi a jeho úsudku.

Co to tedy singularita je a jak ji mohou statici rozlišit od koncentrace napětí?

Singularita napětí se může objevit v bodě sítě, ve kterém teoretická hodnota napětí nekonverguje k určité hodnotě, ale blíží se nekonečnu.

Typicky se jedná o:

• Místa s osamělou bodovou silou
• Ostrý roh konstrukce
• Bodové podpory
• Roh dvou a více navazujících těles konstrukce

A téměř jistě se jedná o singularitu v případě, že:

• V jednom prvku sítě dochází k náhlé změně napětí
• Hodnota napětí v jednom uzlu sítě je vyšší než limitní hodnota napětí
• Je ovlivněna pouze malá oblast na konstrukci, která nezasahuje do sousedních prvků

Velmi často jsem si u konstrukčních modelů, které jsem ve své praxi řešil, a ve kterých se objevovaly singularity napětí, byl jistý, že zobrazené špičky lze zanedbat. Tento postup však nebylo možné prakticky jak udělat, pokud jsem chtěl mít všechny posudky v aplikaci vyhovující. Bylo tedy nutné model různě upravovat, což zabralo spoustu času, případně zvýšit třídu použitého materiálu nebo přidat dodatečnou výztuž.

A právě zde přichází aplikace Detail s novou funkcí Omezený posudek napětí.

Pojďme se podívat, jak toto vylepšení funguje na praktickém příkladu. Máme nosník s oříznutým koncem a otvorem. Zatížení je kombinací spojitého zatížení a bodové síly. Po spuštění výpočtu vidíme, že posudek mezního stavu omezení napětí je nevyhovující, se všemi potřebnými informacemi.

Po bližším prozkoumání je zřejmé, že nastaly obě situace, které jsem již dříve popsal. V horní části nosníku pod roznášecí deskou pro bodovou sílu dochází ke koncentraci napětí a v ostrém rohu otvoru k jeho singularitě.

Nyní je ten správný čas na inženýrský úsudek! Singularitu napětí v rohu lze v návrhu bezpochyby zanedbat. Ale co malá oblast koncentrace napětí? Co bych měl teď udělat? V první řadě mohu zapnout zobrazení sítě, což mi může pomoci vyhodnotit rozsah. Pokud si stále nejsem jistý, mohu přejít do Nastavení, nastavit jemnější síť a posoudit znovu.

Nicméně v našem případě je na první pohled vidět, že oblast koncentrace napětí je velmi malá, takže z mého pohledu je přijatelné ji z výpočtu také vyloučit.

A lze to provést poměrně snadno! Pro tento účel jsme vyvinuli funkci nazvanou Omezený posudek. Tato funkcionalita umožňuje zanedbat nevyhovující oblasti. Co to znamená?

1. Místo červeně zbarvených oblastí s využitím nad 100 % vidíte vybarvené bíle a hodnota posudku je zobrazena jako 100 % v případě poměru napětí nebo mezní hodnota napětí vyjádřená v MPa.
2. Navíc se v souhrnné tabulce posudku změní červené kolečko s křížkem na žlutý trojúhelník s vykřičníkem představující informativní záležitost, ne chybu a objeví se hláška s detailním popisem.
3. Jako třešničku na dortu si můžete zobrazit pouze zanedbané oblasti, zatímco zbytek konstrukce zůstává bílý.

Poté, co jste dokončili proces modelování a jste spokojeni s vaším návrhem, můžete si všechny tyto informace přidat do protokolu. Budete tak mít neprůstřelnou dokumentaci, která umlčí všechny pochybovače.

Předpjaté konstrukce v IDEA StatiCa

Každý statik zabývající se předpjatými betonovými konstrukcemi si je vědom skutečnosti, že je velmi důležité věnovat pozornost jednotlivým fázím životnosti konstrukcí, zvláště na jejím začátku a konci.

Je to proto, že žádná předpínací síla není konstantní. Její hodnota je proměnná po délce předpínacího kabelu a také v čase. Je zřejmé, že správné vyhodnocení přesné hodnoty předpínací síly, tedy i napětí v kabelech, má významný dopad na chování konstrukce.

Změny předpětí (pokles hodnoty předpínací síly totiž nemusí vždy nutně nastat!) jsou způsobeny mnoha faktory a označovány jako ztráty předpětí. Ano, množné číslo jsem použil správně. Ztráty předpětí dělíme z hlediska času, ve kterém nastanou, na:

• Krátkodobé ztráty
• Dlouhodobé ztráty

Krátkodobé ztráty

Ke krátkodobým ztrátám dochází obvykle během výrobního procesu. Mohou být způsobeny např. třením mezi kabelem a stěnami kabelového kanálku, případně předpínací dráhou, pokluzem v kotvě, okamžitým pružným přetvořením v betonu, relaxací, apod.

Dlouhodobé ztráty

Dlouhodobé ztráty nastávají po aplikaci předpětí a mohou ovlivnit konstrukci po celou dobu její životnosti. Za příčiny dlouhodobých ztrát lze považovat: dotvarování, smršťování, dlouhodobou relaxaci předpínací vyztuže a okamžité pružné přetvoření v betonu způsobené aplikací proměnné složky zatížení.

Nejednoduchý úkol. Nebo snad ano?

Zohlednění všech těchto skutečností (což je při návrhu nezbytné!) může vést k tomu, že bude existovat několik kombinací zohledňujících různé součinitele pro zadání předpětí.

Zde vstupuje IDEA StatiCa Detail na scénu podruhé. Díky nové funkci nazvané Dlouhodobé ztráty pro posudek MSP nemusíte mít spoustu kombinací a trávit hodiny modelováním, zatímco jste ve stresu, jestli jste na něco nezapomněli.

Jediné, co musíte udělat, je nastavit jedinou kombinaci a jste schopni pokrýt krátkodobé i dlouhodobé účinky pro předem i dodatečně předpjaté kabely.

Zajímá vás, jak to funguje? Pojďme se na to podívat!

Je důležité si uvědomit, že pro posudek na mezní stav omezení napětí a získání výsledků pro krátkodobé a dlouhodobé účinky v aplikaci Detail používáme nekonečný lineární pracovní diagram.

Rozlišujeme dva stavy. Modrá lineární větev na obrázku výše znázorňuje pracovní diagram pro krátkodobé účinky využívající modul pružnosti E_cm. Červená křivka představuje pracovní diagram pro dlouhodobé účinky, kdy se napětí v kabelech snižuje v přírůstcích pro předpětí a stálé zatížení o definovanou hodnotu dlouhodobých ztrát. Přírůstek pro proměnné zatížení opět uvažuje E_cm.

Jak správně nastavit hodnotu dlouhodobých ztrát? Můžeme vám sice poskytnout doporučení na výchozí nastavení, nicméně opět záleží na inženýrovi, jakou hodnotu nakonec pro výpočet použije.

Mějte, prosím, na paměti, že hodnota se liší pro předem předpjaté kabely a dodatečně předpjaté kabely. To je způsobeno rozdílnou fází životnosti konstrukce, pro kterou byste hodnotu ztrát měli zadat. Podívejte se na článek Implementace dlouhodobých ztrát do aplikace Detail, kde najdete podrobnější popis tématu, a hlavně to, jaká je správná doba pro nastavení odhadu dlouhodobých ztrát do výpočtu.

Pokud vás zajímají další nové funkce IDEA StatiCa 23.0 (nejen pro beton, ale i pro ocel nebo BIM linky), navštivte naši stránku s Novinkami v IDEA StatiCa Steel & Concrete.

IDEA StatiCa Detail je skvělý nástroj pro řešení betonových detailů a oblastí diskontinuit. Více o jeho možnostech se dozvíte v našem Centru podpory, kde se také můžete naučit, jak sotware používat pomocí mnoha podrobných návodů, vidět naše produktové inženýry v akci na některém z našich webinářů nebo si stáhnout některý ze vzorových příkladů.

Pokud se softwarem začínáte nebo se chcete jen zdokonalit ve svých dovednostech, podívejte se na naše samovzdělávací Campus kurzy a vyberte si ten, který nejvíce vyhovuje vašim potřebám.

Ty, které zajímá ještě více teorie a metoda CSFM za aplikací Detail, doporučujeme navštívit stránku Teoretické základy pro IDEA StatiCa Detail a pustit se do studia.